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    大兴安岭北部兴隆地区寒武纪侵入岩锆石U-Pb年代学、地球化学及其构造意义

    吴宜翰 刘博 韩宝福 巩恩普 陈家富

    引用本文:
    Citation:

    大兴安岭北部兴隆地区寒武纪侵入岩锆石U-Pb年代学、地球化学及其构造意义

      作者简介: 吴宜翰(1996—), 男, 本科生, 资源勘查工程专业.
      通讯作者: 刘博, liubo@mail.neu.edu.cn
    • 基金项目:

      中央高校基本科研业务费 N170103013

      国家重点研发计划"深地资源勘查开采"重点专项 2017YFC0601203

      国家自然科学基金项目 41802236

      国家自然科学基金项目 41472205

    • 中图分类号: P54

    Zircon U-Pb Geochronology and Geochemistry of Cambrian Plutons in Xinglong Area of Northern Da-Hinggan Mountains: Implications for Tectonic Evolution

      Corresponding author: Liu Bo, liubo@mail.neu.edu.cn ;
    • CLC number: P54

    • 摘要: 大兴安岭北部兴隆地区位于新林-喜桂图缝合带北部,额尔古纳地块南缘,在大地构造上属于兴蒙造山带北段.然而,由于资料有限,前人对该区寒武纪侵入岩的构造产出环境仍存有争议,从而制约了人们对于新林-喜桂图洋早期构造演化的正确认识.选取兴隆地区出露的寒武纪内河岩体为研究对象,通过岩相学、锆石U-Pb年代学及地球化学研究,以期限定其形成时限,探讨其岩石成因和构造背景,进而为解决上述问题提供新的证据.内河岩体中石英二长岩及侵入其中的辉石闪长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为508±3 Ma和507±5 Ma,证明其形成时代均为中寒武世.石英二长岩和辉石闪长岩样品为高钾钙碱性和钙碱性系列,同时表现出轻稀土元素富集和不同程度的亏损Nb、Ta和Ti.两组样品的Nb/Ta平均值分别为22.41和17.12,较高于原始地幔平均值,MgO的含量(< 8%)和Mg#(42~70)值较低.上述地球化学特征为典型俯冲带岩石的特征,暗示内河岩体为经历了俯冲板片析出流体交代作用的原始地幔部分熔融的产物.结合区域已有近同时代侵入岩、蛇绿混杂岩和蓝片岩资料,推测内河岩体可能形成于活动大陆边缘构造环境,为寒武纪期间新林-喜桂图洋向北俯冲的弧岩浆作用的产物.研究结果为兴蒙造山带北段在寒武纪期间仍处于俯冲构造环境提供了重要依据.
    • 图 1  中亚造山带构造地质单元划分简图

      Figure 1.  Schematic tectonic map of the Central Asia orogenic belt

      图 2  东北地区岩浆事件分布及构造分区

      Figure 2.  Tectonic division of the NE China and distributions of magmatic events

      图 3  采样点地质图

      Figure 3.  Geological map of sampling locations

      图 4  研究区采样点照片

      Figure 4.  Photos of sampling locations in the study area

      图 5  研究区侵入岩正交偏光下照片

      Figure 5.  Othogonal polarized images of plutons in the study area under orthogonal polarization

      图 6  大兴安岭北部内河岩体代表性锆石CL阴极发光图像

      Figure 6.  Cathodoluminescence images of typical zircons in the Neihe pluton from the northern Da-Hinggan Mountains

      图 7  锆石U-Pb年龄谐和图以及加权平均年龄图

      Figure 7.  Zircon U-Pb age harmonics and weighted average age diagrams

      图 8  大兴安岭北部寒武纪侵入岩地球化学图解

      Figure 8.  Geochemical illustration of Cambrian plutons in the northern Da-Hinggan Mountains

      图 9  大兴安岭北部寒武纪侵入岩稀土元素球粒陨石标准化图(a)和微量元素原始地幔标准化图(b)

      Figure 9.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagrams (b) of Cambrian plutons in the northern Da-Hinggan Mountains

      图 10  大兴安岭北部寒武纪侵入岩形成环境构造判别图

      Figure 10.  Tectonic environment discrimination for the Cambrian plutons from the northern Da-Hinggan Mountains

      图 11  大兴安岭新元古代-早奥陶世构造演化模式

      Figure 11.  Neoproterozoic-Early Ordovician tectonic evolution model of the Da-Hinggan Mountains

      表 1  大兴安岭北部内河岩体主量元素(%)和微量元素(10-6)测试结果

      Table 1.  Results of major elements (%) and trace elements (10-6) in the Neihe pluton in the northern Da-Hinggan Mountains

      样品号 18XL-46 18XL-47 18XL-51 18XL-52
      岩性 石英二长岩 石英二长岩 辉石闪长岩 辉石闪长岩
      SiO2 58.43 58.94 51.47 51.42
      TiO2 0.77 0.71 1.12 1.12
      Al2O3 17.05 17.13 15.10 15.06
      Fe2O3 T 6.83 6.78 8.07 8.16
      MgO 2.51 2.36 9.35 9.47
      MnO 0.13 0.13 0.15 0.15
      CaO 6.30 6.32 7.60 7.50
      Na2O 3.65 3.65 2.66 2.65
      K2O 2.94 2.92 0.83 0.98
      P2O5 0.31 0.30 0.33 0.33
      LOI 0.84 0.63 3.02 2.99
      Total 99.76 99.87 99.69 99.82
      Sc 13.37 14.75 19.18 22.59
      V 124.40 123.42 135.41 152.92
      Cr 11.98 10.54 432.89 565.47
      Co 12.89 11.71 35.36 40.38
      Ni 5.54 5.00 235.63 274.05
      Ga 23.48 23.52 17.77 19.58
      Rb 77.52 80.90 38.26 51.36
      Ba 1 055 1 098 260 313
      Th 5.02 6.63 5.21 4.43
      U 1.64 1.43 1.18 1.01
      Nb 11.12 11.57 8.80 9.36
      Ta 0.49 0.52 0.59 0.48
      Sr 828.06 873.75 573.30 516.72
      Y 20.55 24.41 19.75 20.31
      Zr 210.97 193.39 163.89 172.26
      Hf 4.55 4.22 4.01 3.48
      Cs 0.72 0.81 0.94 0.70
      La 31.99 43.71 26.63 25.66
      Ce 65.00 78.56 57.79 54.21
      Pr 7.63 8.73 6.95 6.31
      Nd 31.11 35.25 28.05 25.30
      Sm 5.93 6.68 5.66 4.98
      Eu 1.81 1.80 1.61 1.54
      Gd 4.97 5.84 5.13 4.56
      Tb 0.65 0.77 0.75 0.63
      Dy 3.49 4.07 4.01 3.48
      Ho 0.64 0.74 0.78 0.65
      Er 1.90 2.17 2.21 1.91
      Tm 0.25 0.28 0.29 0.24
      Yb 1.73 1.84 1.90 1.57
      Lu 0.25 0.26 0.28 0.22
      (La/Sm)N 3.49 4.22 3.04 3.33
      (La/Yb)N 13.25 17.06 10.07 11.69
      δEu 0.99 0.86 0.90 0.97
      REE 157.36 190.70 142.04 131.27
      LREE 141.66 172.94 125.08 116.46
      HREE 15.70 17.76 16.96 14.81
      LREE/HREE 9.02 9.74 7.38 7.86
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      表 2  额尔古纳地块新元古代-早奥陶世侵入岩锆石定年结果

      Table 2.  Results of Neoproterozoic-Early Ordovician plutons in the Erguna block

      采样位置 年龄±误差(Ma) 测试方法 岩性 参考文献
      环二库地区 557±2 LA-ICP-MS 花岗闪长岩 Feng et al., 2018
      会宝沟地区 523±2 LA-ICP-MS 闪长岩 Feng et al., 2017
      漠河县洛古河 517±9 SHRIMP 石英闪长岩 Wu et al., 2005
      十七站和新村 512±4 LA-ICP-MS 二长闪长岩 柴明春等,2018
      漠河县洛古河 504±8 SHRIMP 二长花岗岩 Wu et al., 2005
      漠河县西门都里河 502±7 LA-ICP-MS 二长花岗岩 秦秀峰等,2007
      漠河县 502±7 SHRIMP 二长花岗岩 秦秀峰等,2007
      呼玛县哈拉巴奇 500±2 LA-ICP-MS 二长花岗岩 隋振民等,2006
      韩家园子 500±1 LA-ICP-MS 花岗闪长岩 Ge et al., 2005
      塔河县十八站 499±1 LA-ICP-MS 二长花岗岩 Ge et al., 2005
      塔河县城北 494±9 LA-ICP-MS 正长花岗岩 Ge et al., 2005
      塔河西 493±5 LA-ICP-MS 二长花岗岩 Ge et al., 2005
      塔河县 492±5 LA-ICP-MS 正长花岗岩 Ge et al., 2005
      塔河岩体 490±3 LA-ICP-MS 细粒辉长岩 Ge et al., 2005
      塔林西公路旁 485±3 LA-ICP-MS 二长花岗岩 Ge et al., 2005
      塔河县东 480±4 LA-ICP-MS 正长花岗岩 Ge et al., 2005
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-08-18
    • 刊出日期:  2019-10-01

    大兴安岭北部兴隆地区寒武纪侵入岩锆石U-Pb年代学、地球化学及其构造意义

      通讯作者: 刘博, liubo@mail.neu.edu.cn
      作者简介: 吴宜翰(1996—), 男, 本科生, 资源勘查工程专业
    • 1. 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室, 东北大学资源与土木工程学院, 辽宁沈阳 110819
    • 2. 北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871
    基金项目:  中央高校基本科研业务费 N170103013国家重点研发计划"深地资源勘查开采"重点专项 2017YFC0601203国家自然科学基金项目 41802236国家自然科学基金项目 41472205

    摘要: 大兴安岭北部兴隆地区位于新林-喜桂图缝合带北部,额尔古纳地块南缘,在大地构造上属于兴蒙造山带北段.然而,由于资料有限,前人对该区寒武纪侵入岩的构造产出环境仍存有争议,从而制约了人们对于新林-喜桂图洋早期构造演化的正确认识.选取兴隆地区出露的寒武纪内河岩体为研究对象,通过岩相学、锆石U-Pb年代学及地球化学研究,以期限定其形成时限,探讨其岩石成因和构造背景,进而为解决上述问题提供新的证据.内河岩体中石英二长岩及侵入其中的辉石闪长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为508±3 Ma和507±5 Ma,证明其形成时代均为中寒武世.石英二长岩和辉石闪长岩样品为高钾钙碱性和钙碱性系列,同时表现出轻稀土元素富集和不同程度的亏损Nb、Ta和Ti.两组样品的Nb/Ta平均值分别为22.41和17.12,较高于原始地幔平均值,MgO的含量(< 8%)和Mg#(42~70)值较低.上述地球化学特征为典型俯冲带岩石的特征,暗示内河岩体为经历了俯冲板片析出流体交代作用的原始地幔部分熔融的产物.结合区域已有近同时代侵入岩、蛇绿混杂岩和蓝片岩资料,推测内河岩体可能形成于活动大陆边缘构造环境,为寒武纪期间新林-喜桂图洋向北俯冲的弧岩浆作用的产物.研究结果为兴蒙造山带北段在寒武纪期间仍处于俯冲构造环境提供了重要依据.

    English Abstract

      • 中国东北地区位于中亚造山带东段的兴蒙造山带(图 1),是研究古亚洲洋和太平洋两大构造域的关键地区(刘永江等,2010许文良等,2019).已有研究表明,该地区在古生代主要受古亚洲洋构造域影响,经历了额尔古纳、兴安、松嫩和佳木斯地块间的多阶段增生和拼贴过程(周建波等,2009刘永江等,2010Xu et al., 2015Liu et al., 2017).新林-喜桂图缝合带位于额尔古纳地块和兴安地块之间(图 2),被认为是古亚洲洋东段重要分支之一的新林-喜桂图洋最终闭合的位置(刘永江等,2010Feng et al., 2015).前人对于新林-喜桂图洋早期构造演化进行了一定的研究,但有关该洋盆在寒武纪所处的大地构造背景仍存有争议(葛文春等,2007Feng et al., 2017, 2018; 柴明春等,2018).究其主要原因在于对寒武纪侵入岩的构造产出环境有不同的认识,有学者认为它们形成于额尔古纳地块和兴安地块拼贴后的后碰撞环境(隋振民等,2006葛文春等,2007),但也有学者指出其可能形成于活动大陆边缘环境(Feng et al., 2017, 2018柴明春等,2018).本研究以额尔古纳地块兴隆地区已识别出的寒武纪内河岩体(葛文春等,2007)为切入点,开展详细的岩相学、锆石U-Pb年代学和全岩主、微量元素地球化学研究,用以限定其岩石成因和构造产出环境.同时结合已有地质资料,进一步约束新林-喜桂图洋在寒武纪期间的构造演化,进而为兴蒙造山带北段早期俯冲历史的研究提供新的制约.

        图  1  中亚造山带构造地质单元划分简图

        Figure 1.  Schematic tectonic map of the Central Asia orogenic belt

      • 研究区域位于大兴安岭北部,大地构造位置位于兴蒙造山带额尔古纳地块,向南以新林-喜桂图缝合带为界与兴安地块相隔(图 2).额尔古纳地块为兴蒙造山带内重要的地质单元,呈北东向延伸,长达1 500 km.该地块东南部与兴安地块相邻(图 2),经历了古生代的古亚洲洋和中生代的西太平洋构造域的构造演化,火山岩以中生代岩浆侵入作用最为强烈,断裂构造较为发育,以东北向断裂为主,其次是南北向的断裂(冯志强,2015张丽等,2017).额尔古纳地块发育有中-新元古代孔兹岩系,并且经历了泛非期运动,同时还发育大量新太古代-新元古代的岩浆作用,并在早古生代早期已经转为稳定地块(Ge et al., 2005Wu et al., 2005).如邵军等(2015)报道德尔布干西南部片麻岩的U-Pb锆石年龄为2 702±18 Ma和2 555±19 Ma;孙立新等(2013)报道了额尔古纳地块北部韩家园子花岗质片麻岩的U-Pb锆石年龄为1 837±5 Ma;有学者对其基底由下而上划分为:早-中元古界兴华渡口群、上元古界佳疙瘩组和少量的新元古代花岗质杂岩,该区古生代地层零星出露,中生代广泛发育火山岩(Ge et al., 2005).其中,兴华渡口群主要出露于呼玛县、塔河县、漠河县和大兴安岭的呼中区、新林区等地区.研究区域内的侵入岩大致分为前寒武纪侵入岩、早古生代侵入岩、晚古生代侵入岩和中生代侵入岩(Ge et al., 2005).其中早古生代侵入岩主要分布在大兴安岭北端漠河及塔河一带,出露面积较大,少部分分布在额尔古纳地区.

        图  2  东北地区岩浆事件分布及构造分区

        Figure 2.  Tectonic division of the NE China and distributions of magmatic events

        新林-喜桂图缝合带分隔了北侧的额尔古纳地块和南侧的兴安地块.有关该缝合带的研究大约可以追溯到20世纪末,如李瑞山(1991)首次在新林-喜桂图缝合带北段建立了完整的新林蛇绿岩套剖面,并根据新林蛇绿岩中的层状超镁铁质岩内的金云母K-Ar进行同位素测年,确定年龄为539 Ma;Zhou et al.(2015)在新林-喜桂图南部地区发现了头道桥蓝片岩,确定其原岩形成年龄为516~511 Ma,变质年龄为510~490 Ma.最近,Feng et al.(2018)在新林-喜桂图缝合带的环二库-吉峰-嘎仙地区发现了蛇绿混杂岩,其最新锆石U-Pb年龄为697~618 Ma.此外,Ge et al.(2005)通过研究塔河的早古生代后造山花岗岩的特征,得出这些花岗岩的锆石U-Pb年龄为494~480 Ma(图 2),并就此认为新林-喜桂图缝合带的形成时代可能早于490 Ma.

      • 本文研究区位于大兴安岭北部兴隆地区(图 2图 3),区内发育的地层主要为古元古代兴华渡口群,古生代地层为奥陶系和泥盆系,中生代地层为侏罗系.孙立新等(2013)曾对研究区北部兴华渡口群中的花岗质片麻岩进行SHRIMP锆石U-Pb定年,显示其原岩年龄为1 837 Ma(图 3).Miao et al.(2007)对研究区韩家园镇一带的兴华渡口群中的斜长角闪片岩进行了SHRIMP锆石U-Pb定年,结果为547 Ma(图 3).针对区内出露的古生代和早古生代岩体,前人开展了一定的年代学研究,如研究对象内河岩体已获得的锆石U-Pb年龄为500 Ma(葛文春等,2007),会宝沟岩体的锆石U-Pb年龄为523 Ma(Feng et al., 2017),吉龙小沟岩体的锆石U-Pb年龄为480~470 Ma(Feng et al., 2017).

        图  3  采样点地质图

        Figure 3.  Geological map of sampling locations

        样品采集于韩家园地区的内河岩体(图 3图 4).野外观测显示,该岩体主体岩性为石英二长岩,并为后期辉石闪长岩岩墙所切割(图 4a~4c).针对岩体和岩墙进行采样,分别命名为18XL-46/47(图 4d)和18XL-51/52(图 4e).石英二长岩新鲜面为灰白色,风化面为土黄色,块状构造(图 4e);辉石闪长岩新鲜面为灰绿色,块状构造(图 4e).由于采样地点植被覆盖严重,该岩体与围岩接触关系未能找到,样品的岩相学特征如图 5所示.

        图  4  研究区采样点照片

        Figure 4.  Photos of sampling locations in the study area

        石英二长岩(图 5a, 5b),编号18XL-46/47,采样位置为52°0′38.33″N、125°39′21.81″E,二长结构,浅色矿物占70%,主要为斜长石(40%)、碱性长石(20%)和石英(10%).暗色矿物占28%,主要为普通角闪石(28%).副矿物(2%)主要为钛铁氧化物和锆石.斜长石具有自形-半自形细粒结构,粒径1.5~2.0 mm,无色透明,聚片双晶,正低突起,干涉色为一级灰白色,表面较为粗糙,局部绢云母化.普通角闪石为他形细粒结构,粒径0.5~1.0 mm,棕色,两组解理,正高突起,斜消光,干涉色二级黄,少量的绿泥石化.碱性长石呈他形细粒结构,粒径0.5~1.0 mm,无色透明,卡式双晶,正低突起,干涉色为一级灰白,局部高岭土化.石英为他形细粒结构,粒径0.5~1.0 mm,无色透明,波状消光,正低突起,干涉色一级灰白.

        图  5  研究区侵入岩正交偏光下照片

        Figure 5.  Othogonal polarized images of plutons in the study area under orthogonal polarization

        辉石闪长岩(图 5c, 5d),编号18XL-51/52,采样位置为52°0′38.33″N、125°39′21.81″E,间粒结构.浅色矿物占60%,主要为斜长石(55%)和碱性长石(5%).暗色矿物占40%,主要为单斜辉石(25%),少量的角闪石(10%)、黑云母(4%)和少量的铁镁质副矿物(1%).斜长石具有板条状半自形结构,粒径0.1~0.5 mm,无色透明,发育聚变双晶,正低突起,干涉色为一级灰.单斜辉石为半自形-他形微粒结构,粒径0.1~0.2 mm,无色透明,正高突起,干涉色为二级蓝绿,平行消光.角闪石为半自形-他形微粒结构,粒径0.1~0.2 mm,少数可见特征性闪石式解理,浅黄绿色-黄绿色,可见明显的绿泥石化现象.

      • 在野外地质工作过程中,选取较新鲜的岩石样品做锆石定年,而后将样品送到河北廊坊诚信地质服务有限公司水洗并晾干,再人工破碎至200 μm以下,淘洗之后,再利用重液和磁选法对锆石进行第1轮挑选,然后再在双目镜下对锆石进行筛选,随后将挑选出来的锆石粘贴在环氧树脂表面,制成锆石靶.再由北京锆年领航科技有限公司在偏光显微镜下对锆石靶进行透射光、反射光照相,再对锆石靶进行镀金处理,利用装有英国Gatan阴极荧光探头的日本电子JSM6510型电子显微镜采集锆石靶CL图像.通过对透射光照片和反射光照片与CL照片反复对比,圈定测点,尽量避开有裂隙、有包裹体的锆石,选择有振荡环带,自形程度较好的部位,确保获得较准确的年龄值.

        锆石U-Pb定年在北京科荟测试技术有限公司的激光等离子体质谱实验室完成.利用激光剥蚀系统、电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)进行数据的采集.激光剥蚀取样采用美国New Wave公司生产的NWR 193 nm激光剥蚀系统,电感耦合等离子质谱采用德国耶拿公司生产的Jena Plasma Quant® MS电感耦合等离子质谱仪.实验过程中采用锆石标准91500作为外标,单个锆石U-Pb龄数据点误差均为1σ.采用ICPMSdatacal进行U-Pb测定的离线原始数据选择、背景与分析信号的整合,以及对U-Pb测定的时间漂移校正和定量校正数据的处理与年龄计算(Liu et al., 2010),最后用Isoplot程序绘制锆石年龄谐和图以及加权平均年龄图(Ludwig, 2003).本文锆石U-Pb测定数据见附表 1.本文只考虑不谐和度值< 5%的数据点.

      • 样品在北京科荟测试技术有限公司进行主量、稀土和微量元素测试分析.主量元素采用X荧光光谱(XRF)玻璃熔片法分析.主量元素分析精度和准确度优于5%.稀土和微量元素采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)分析.分析样品制备采用混合酸溶样法完成,并将配制好的样品溶液在等离子质谱仪上进行测定.元素分析精度和准确度一般优于10%.全岩主、微量元素地球化学数据见表 1.

        样品号 18XL-46 18XL-47 18XL-51 18XL-52
        岩性 石英二长岩 石英二长岩 辉石闪长岩 辉石闪长岩
        SiO2 58.43 58.94 51.47 51.42
        TiO2 0.77 0.71 1.12 1.12
        Al2O3 17.05 17.13 15.10 15.06
        Fe2O3 T 6.83 6.78 8.07 8.16
        MgO 2.51 2.36 9.35 9.47
        MnO 0.13 0.13 0.15 0.15
        CaO 6.30 6.32 7.60 7.50
        Na2O 3.65 3.65 2.66 2.65
        K2O 2.94 2.92 0.83 0.98
        P2O5 0.31 0.30 0.33 0.33
        LOI 0.84 0.63 3.02 2.99
        Total 99.76 99.87 99.69 99.82
        Sc 13.37 14.75 19.18 22.59
        V 124.40 123.42 135.41 152.92
        Cr 11.98 10.54 432.89 565.47
        Co 12.89 11.71 35.36 40.38
        Ni 5.54 5.00 235.63 274.05
        Ga 23.48 23.52 17.77 19.58
        Rb 77.52 80.90 38.26 51.36
        Ba 1 055 1 098 260 313
        Th 5.02 6.63 5.21 4.43
        U 1.64 1.43 1.18 1.01
        Nb 11.12 11.57 8.80 9.36
        Ta 0.49 0.52 0.59 0.48
        Sr 828.06 873.75 573.30 516.72
        Y 20.55 24.41 19.75 20.31
        Zr 210.97 193.39 163.89 172.26
        Hf 4.55 4.22 4.01 3.48
        Cs 0.72 0.81 0.94 0.70
        La 31.99 43.71 26.63 25.66
        Ce 65.00 78.56 57.79 54.21
        Pr 7.63 8.73 6.95 6.31
        Nd 31.11 35.25 28.05 25.30
        Sm 5.93 6.68 5.66 4.98
        Eu 1.81 1.80 1.61 1.54
        Gd 4.97 5.84 5.13 4.56
        Tb 0.65 0.77 0.75 0.63
        Dy 3.49 4.07 4.01 3.48
        Ho 0.64 0.74 0.78 0.65
        Er 1.90 2.17 2.21 1.91
        Tm 0.25 0.28 0.29 0.24
        Yb 1.73 1.84 1.90 1.57
        Lu 0.25 0.26 0.28 0.22
        (La/Sm)N 3.49 4.22 3.04 3.33
        (La/Yb)N 13.25 17.06 10.07 11.69
        δEu 0.99 0.86 0.90 0.97
        REE 157.36 190.70 142.04 131.27
        LREE 141.66 172.94 125.08 116.46
        HREE 15.70 17.76 16.96 14.81
        LREE/HREE 9.02 9.74 7.38 7.86

        表 1  大兴安岭北部内河岩体主量元素(%)和微量元素(10-6)测试结果

        Table 1.  Results of major elements (%) and trace elements (10-6) in the Neihe pluton in the northern Da-Hinggan Mountains

      • 石英二长岩(18XL-45)的锆石CL图像显示,锆石以条带状、短柱状和面状为主,无继承锆石(图 6a),锆石长度80~210 μm,长宽比值介于1.5~3.0. 20个分析点的Th含量变化于78×10-6~332×10-6,U含量为111×10-6~286×10-6;Th,U为正相关关系,Th/U比值在0.49~1.15之间(Th/U > 0.1,为岩浆锆石,Belousova, 2002),样品为岩浆锆石(附表 1).除去1个不达标的点,其余19个分析点206Pb/238U年龄变化范围是498~524 Ma,年龄值较一致且均落在谐和线附近(图 7a),19个分析点谐和年龄为508±4 Ma(MSWD=0.1),进行加权平均年龄为508±3 Ma(MSWD=0. 97),代表石英二长岩的结晶年龄为中寒武世.

        图  6  大兴安岭北部内河岩体代表性锆石CL阴极发光图像

        Figure 6.  Cathodoluminescence images of typical zircons in the Neihe pluton from the northern Da-Hinggan Mountains

        图  7  锆石U-Pb年龄谐和图以及加权平均年龄图

        Figure 7.  Zircon U-Pb age harmonics and weighted average age diagrams

        辉石闪长岩(18XL-50)的锆石CL图像显示,锆石为细粒状和短柱状(图 6b),锆石长度60~120 μm,长宽比值介于1.5~2.0. 17个分析点的Th含量变化于59×10-6~401×10-6,U含量变化于111×10-6~315×10-6;Th,U为正相关关系,Th/U比值在0.24~1.27之间(Th/U > 0.1,为岩浆锆石,Belousova, 2002),样品为岩浆锆石(附表 1).除去2个不达标的点,其余15个分析点206Pb/238U年龄明显的分为两组, 分别为840~897 Ma和481~523 Ma,以481~523 Ma年龄为主(图 7d),其谐和年龄为508±4 Ma(MSWD=1.4),进行加权平均计算后,结果为507±5 Ma(MSWD=1.5),代表辉石闪长岩的结晶年龄为中寒武世,稍晚于石英二长岩.840~897 Ma的锆石年龄为岩石捕获围岩年龄,即母源区存在前寒武的古老结晶基底.

      • 岩石中扣除烧失量之后SiO2为59.06%~59.39%,为中性岩类;Al2O3为17.24%~17.26%,MgO为2.38%~2.54%,CaO为6.37%;全碱Na2O+K2O为6.62%~6.66%,岩石表现出略富碱的特点,样品Na2O > K2O为特征,Na2O/K2O=1.24~1.25;在硅-全碱图(图 8a)和SiO2-K2O图解(图 8b)中,样品分别落入亚碱性岩的二长岩和高钾钙碱性岩区;里特曼指数(σ)为2.68~2.76(钙碱性系列σ < 3),与钙碱性岩石系列相吻合.因此,研究区石英二长岩为略富碱的高钾钙碱性二长岩.

        图  8  大兴安岭北部寒武纪侵入岩地球化学图解

        Figure 8.  Geochemical illustration of Cambrian plutons in the northern Da-Hinggan Mountains

        石英二长岩的稀土配分模式曲线(图 9a)总体上呈左高右低的不对称右倾型,显示出轻稀土富集型,稀土元素总量∑REE为157.36×10-6~190.70×10-6,轻稀土(LREE)为141.66×10-6~172.94×10-6,重稀土(HREE)为15.70×10-6~17.76×10-6,轻重稀土比值(∑LREE/∑HREE)为9.02~9.74;轻稀土分馏强烈,重稀土呈平坦型,(La/Sm)N=3.49~4.22,(La/Yb)N=13.25~17.06,重稀土内部基本不分馏;铕总体上显示亏损型(δEu=0.86~0.99),表明源区残留相存在斜长石.该样品的微量元素含量变化较大.大离子亲石元素(LILE)相对于高场强元素(HFSE)富集,如Rb、Ba、Th和U元素等(图 9b).在原始地幔标准化不相容元素蛛网图中(图 9b),样品明显显示钙碱性弧岩浆中Nb、Ta和Ti元素负异常的特征,元素总体呈下降趋势.

        图  9  大兴安岭北部寒武纪侵入岩稀土元素球粒陨石标准化图(a)和微量元素原始地幔标准化图(b)

        Figure 9.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagrams (b) of Cambrian plutons in the northern Da-Hinggan Mountains

      • 岩石中扣除烧失量之后, SiO2为53.10%~53.25%,属中性岩类;Al2O3为15.55%~15.62%,MgO为9.67%~9.78%,Na2O为2.74%~2.75%,K2O为0.85%~1.01%;全碱Na2O+K2O为3.60%~3.75%,样品Na2O > K2O为特征,岩石表现出略富碱的特点,Na2O/K2O=2.70~3.22(Na2O/K2O > 1);在硅-全碱图(图 8a)和SiO2-K2O图解中(图 8b),样品均落入亚碱性岩的钙碱性岩区,属于辉长闪长岩;里特曼指数(σ)为1.27~1.39(钙碱性系列σ < 3),与钙碱性岩石系列相吻合;从表 1中可以计算出,A/NK为6.04~6.42,尚德指数A/CNK为0.79 < 1(A/CNK < 1.10),属于准铝质-弱铝质系列.因此,本区辉石闪长岩表现为略富碱的准铝质钙碱性闪长岩.

        辉石闪长岩的稀土元素总量∑REE为131.27×10-6~142.04×10-6,轻稀土(LREE)为116.46×10-6~125.08×10-6,重稀土(HREE)为14.81×10-6~16.96×10-6,轻重稀土比值(∑LREE/∑HREE)为7.38~7.86,轻重稀土分馏明显,为轻稀土富集型.δEu为0.90~0.97,为铕负异常型,说明斜长石分异结晶作用不明显;(La/Sm)N=3.04~3.33,(La/Yb)N=10.07~11.69,轻稀土分馏强烈,重稀土呈平坦型,说明重稀土内部基本不分馏;稀土配分模式曲线(图 9a)总体上呈左高右低的不对称右倾型,显示出轻稀土富集型,铕总体上显示亏损型,表明源区残留相存在斜长石(表 1).在微量元素蛛网图上(图 9b),辉石闪长岩的微量元素分布形式表现出富集大离子亲石元素(如Rb,Ba),明显亏损Nb、Ta和Ti等元素.

      • 针对侵入岩的化学成分分析,对于岩浆成因的讨论具有重要意义.内河岩体中石英二长岩和辉石闪长岩样品的烧失量在0.65%~3.02%,表明存在一定的低温蚀变,可以利用相对稳定的稀土元素和高场强元素分析样品的成因.由于两组样品的岩性一样,且形成时间几乎相同,同时具有相似的稀土元素和微量元素配分曲线(图 9),因此二者可能为同一期岩浆作用的产物.

        两组样品的Nb/Ta平均值分别为22.41和17.12,较高于原始地幔平均值(约15.5~19.5),暗示本区成岩岩浆可能为幔源岩浆.在原始地幔标准化蛛网图上,两组样品均具有明显的轻稀土富集(图 9a)和Nb、Ta和Ti元素负异常(图 9b),具有弧型火成岩的地球化学性质,暗示两组样品的成岩岩浆受到了俯冲板片流体或熔体交代.由于样品的Nb/Zr值比较低,说明成岩岩浆受到了流体的交代作用的可能性更大,进而导致其相对较低的Nb/Zr值和变化较大的Th/Zr值(图 10e).该推测与两组样品中较低的SiO2含量(53.10%~59.39%)和较高的MgO含量(2.35%~3.81%)相吻合.进一步利用稀土元素La/Sm值判断岩浆是否与地壳物质发生混染作用时发现,石英二长岩和辉石闪长岩的La/Sm平均值分别为5.97和4.93(> 4.50,Lassiter and DePaolo, 1997),暗示了成岩岩浆在侵入过程中可能受到地壳物质的混染作用.这一结论,得到了来自样品中继承锆石的证实(图 7c).又因其主、微量元素地球化学特征显示出较窄的变化范围,再结合样品Zr和Hf并没有明显亏损的特征(图 9b),表明幔源岩浆在上升过程中只是受到一定的地壳混染(Yu et al., 2017),排除了幔源岩浆上升-侵位过程中发生显著地壳混染的可能性,同时也排除了由于受地壳物质显著混染而显示为弧型地球化学的可能.从另一个方面来看,两组样品较低的MgO含量(< 8%)和Mg#(42~70)值暗示样品不可能是地幔初始熔融的产物,其应该经历了显著的镁铁矿物的结晶分异.因此,研究区内河岩体可能是由受俯冲板片流体交代原始地幔部分熔融形成的,并在上升侵位过程中发生了结晶分异作用和一定的地壳混染作用.本文研究的数据与隋振民(2006)Feng et al.(2017柴明春等(2018)的数据相类似(图 8~10),暗示这些岩体的岩石成因可能一致.

        图  10  大兴安岭北部寒武纪侵入岩形成环境构造判别图

        Figure 10.  Tectonic environment discrimination for the Cambrian plutons from the northern Da-Hinggan Mountains

      • 地球化学数据显示,兴隆地区出露的寒武纪内河岩体中的石英二长岩和辉石闪长岩分别属于高钾钙碱性系列和钙碱性系列,微量元素显示轻稀土元素富集,高场强(HFSE)元素(如Nb、Ta和Ti等)相对亏损(图 9),类似于典型俯冲带组分,暗示本区中基性侵入岩可能形成于俯冲带条件下与弧有关的构造环境.在Th-Hf-Ta判别图解(图 10a)中,两组样品投点均落入火山弧玄武岩区域;又由于样品具有较高的Nb/Yb和Th/Yb比值,在Nb/Yb-Th/Yb判别图解中,两组样品明显具有活动大陆边缘的特点(图 10b).另外,两组样品Yb和Y值含量较高,分别为1.57×10-6~1.90×10-6和19.75×10-6~24.41×10-6;轻、重稀土分异程度明显,(La/Yb)N=10.07~17.06,有别于典型埃达克岩的地球化学特征,而与典型的弧型侵入岩的特征相一致(图 10c10d),进一步指示样品应为弧岩浆作用的产物.同时Feng et al.(2017)的样品也与本文研究的样品相类似(图 10).以上特征表明,内河岩体和会宝沟岩体均为俯冲环境下弧岩浆作用的产物.

      • 本文对大兴安岭北部韩家园地区内河岩体中的石英二长岩和辉石闪长岩进行了锆石U-Pb测年,分别获得了508±3 Ma和507±5 Ma的年龄,显示这套侵入岩的形成时代为寒武纪,成岩作用与板片俯冲流体交代作用密切相关,代表了早古生代的一期构造热事件.根据已有年代学资料显示,在额尔古纳地块南缘发育有少量寒武纪侵入岩.如523 Ma的会宝沟岩体、512 Ma的韩家园子岩体、500 Ma的哈拉巴奇岩体、以及500 Ma的内河岩体(表 2).但是由于早先研究资料有限,前人对于研究区寒武纪侵入岩的构造产出环境未能达成统一的认识.例如,有学者认为哈拉巴奇岩体和内河岩体应为额尔古纳与兴安地块碰撞拼贴作用结束后的后造山阶段的产物(隋振民等,2006葛文春等,2007);也有学者认为同为额尔古纳地块南缘的会宝沟岩体可能来源于古老地幔的部分熔融,会宝沟岩体和韩家园子岩体均形成于活动大陆边缘环境(Feng et al., 2017柴明春等,2018).基于针对寒武纪内河岩体的实验结果,综合前人地球化学数据(隋振民等,2006Feng et al., 2017柴明春等,2018),本文研究发现会宝沟岩体、哈拉巴奇岩体、韩家园子岩体与内河岩体的地球化学数据非常类似(图 8~10),均与板片俯冲流体有关,可能为同一构造背景下的产物,即新林-喜桂图洋向北俯冲析出流体交代的原始地幔部分熔融的产物,而可能不是形成于后碰撞环境.因此,本文研究认为额尔古纳地块南缘寒武纪时期可能发育一条活动大陆边缘侵入岩带(表 2).该侵入岩带的展布方向与新林-喜桂图缝合带的走向一致,与新林-喜桂图洋的演化密切相关,可能延伸至俄罗斯境内的Mamyn地体(Sorokin et al., 2017).

        采样位置 年龄±误差(Ma) 测试方法 岩性 参考文献
        环二库地区 557±2 LA-ICP-MS 花岗闪长岩 Feng et al., 2018
        会宝沟地区 523±2 LA-ICP-MS 闪长岩 Feng et al., 2017
        漠河县洛古河 517±9 SHRIMP 石英闪长岩 Wu et al., 2005
        十七站和新村 512±4 LA-ICP-MS 二长闪长岩 柴明春等,2018
        漠河县洛古河 504±8 SHRIMP 二长花岗岩 Wu et al., 2005
        漠河县西门都里河 502±7 LA-ICP-MS 二长花岗岩 秦秀峰等,2007
        漠河县 502±7 SHRIMP 二长花岗岩 秦秀峰等,2007
        呼玛县哈拉巴奇 500±2 LA-ICP-MS 二长花岗岩 隋振民等,2006
        韩家园子 500±1 LA-ICP-MS 花岗闪长岩 Ge et al., 2005
        塔河县十八站 499±1 LA-ICP-MS 二长花岗岩 Ge et al., 2005
        塔河县城北 494±9 LA-ICP-MS 正长花岗岩 Ge et al., 2005
        塔河西 493±5 LA-ICP-MS 二长花岗岩 Ge et al., 2005
        塔河县 492±5 LA-ICP-MS 正长花岗岩 Ge et al., 2005
        塔河岩体 490±3 LA-ICP-MS 细粒辉长岩 Ge et al., 2005
        塔林西公路旁 485±3 LA-ICP-MS 二长花岗岩 Ge et al., 2005
        塔河县东 480±4 LA-ICP-MS 正长花岗岩 Ge et al., 2005

        表 2  额尔古纳地块新元古代-早奥陶世侵入岩锆石定年结果

        Table 2.  Results of Neoproterozoic-Early Ordovician plutons in the Erguna block

        总结前人工作成果可知,新林-喜桂图洋在新元古代中期(690~620 Ma)存在于额尔古纳地块和兴安地块之间,并发生着向北的洋内俯冲,形成了697~618 Ma的阿里河蛇绿岩带(Feng et al., 2018);在新元古代晚期(620~550 Ma),新林-喜桂图洋北部的阿里河蛇绿混杂岩已发生构造就位,原因在于其被557 Ma的大陆弧型环二库花岗闪长岩侵入,并暗示其位于活动大陆边缘环境(Feng et al., 2018).随后,新林-喜桂图洋北向俯冲作用持续进行(图 11a),导致洋盆不断缩小,并可能一直持续到晚寒武世(557~499 Ma)(表 2图 11a),形成了活动大陆边缘侵入岩带,包括已报道的会宝沟岩体(523 Ma,Feng et al., 2017)、韩家园子岩体(512 Ma,柴明春等,2018)、内河岩体(508 Ma,本文)以及哈拉巴奇岩体(500 Ma,隋振民等,2006).这些寒武纪时期与俯冲相关的侵入岩和头道桥蓝片岩510~490 Ma的变质年龄相吻合(Zhou et al., 2015).早奥陶世494~480 Ma塔河后造山花岗岩(Ge et al., 2005)的出现,暗示额尔古纳地块与兴安地块在这之前已经碰撞拼贴完成,新林-喜桂图洋消失,成为新林-喜桂图缝合带(图 11b).因此,本文研究结果进一步证实额尔古纳地块南缘的活动大陆边缘环境可能一直持续到500 Ma左右(Liu et al., 2017Feng et al., 2018),并为兴蒙造山带北段在寒武纪处于俯冲环境的构造演化提供了重要依据.

        图  11  大兴安岭新元古代-早奥陶世构造演化模式

        Figure 11.  Neoproterozoic-Early Ordovician tectonic evolution model of the Da-Hinggan Mountains

      • (1)锆石U-Pb测年和全岩地球化学结果表明,大兴安岭北部内河岩体中的石英二长岩和辉石闪长岩形成时代分别为508±3 Ma和507±5 Ma,为一套形成于中寒武世的钙碱性-高钾钙碱性弧型侵入岩.

        (2)结合区域地质资料分析表明,内河岩体形成于中寒武世新林-喜桂图洋北向俯冲于额尔古纳地块这一背景下,是俯冲板片析出的流体交代的地幔楔部分熔融并经历了结晶分异和一定的地壳混染的产物.

        (3)大兴安岭北部寒武纪活动大陆边缘侵入岩带的确定,揭示了新林-喜桂图洋早期的俯冲历史,同时为兴蒙造山带的构造演化提供了重要的材料.

    参考文献 (48)

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